L'informatique quantique sur silicium atteint une précision de 99 % pour la première fois

Les ordinateurs quantiques fabriqués à partir des mêmes matières premières que les puces informatiques standards sont évidemment prometteurs, mais jusqu’à présent, ils ont été confrontés à des taux d’erreur élevés. Cela semble prêt à changerge après une nouvelle émission de rechercheed les qubits de silicium sont désormais suffisamment précis pour exécuter un code correcteur d’erreurs populaire.

Les ordinateurs quantiques qui font aujourd'hui la une des journaux ont tendance à être fabriqués à l'aide de qubits supraconducteurs, comme ceux de Google et IBM, ou des ions piégés, tels que ceux d'IonQ et Honeywell. Mais malgré leurs exploits impressionnants, ils occupent des pièces entières et doivent être minutieusement fabriqués à la main par certains des esprits les plus brillants du monde.

C’est pourquoi d’autres souhaitent s’appuyer sur les avancées en matière de miniaturisation et de fabrication que nous avons réalisées avec les technologies conventionnelles. puces informatiques en construisant des processeurs quantiques à partir de silicium. Des recherches sont en cours dans ce domaine depuis des années, et jet 'C’est sans surprise la voie empruntée par Intel dans la course quantique. Mais malgré les progrès, les qubits de silicium souffrent de taux d’erreur élevés qui limitent leur utilité.

La nature délicate des états quantiques signifie que les erreurs constituent un problème pour toutes ces technologies, et des systèmes de correction d’erreurs seront nécessaires pour que chacune d’entre elles atteigne une échelle significative. Mais ces systèmes ne fonctionneront que si les taux d’erreur peuvent être maintenus suffisamment bas ; essentiellement, vous devez être en mesure de corriger les erreurs plus rapidement qu’elles n’apparaissent.

La famille de systèmes de correction d'erreurs la plus prometteuse aujourd'hui est connue sous le nom de « codes de surface » et nécessite des opérations sur ou entre les qubits pour fonctionner avec une fidélité supérieure à 99. pour cent. Cela a longtemps échappé aux qubits de silicium, mais dans le dernier numéro de Nature trois groupes distincts déclarent avoir franchi ce seuil crucial.

Les deux premiers articles de chercheurs de RIKEN au Japon et QuTech, une collaboration entre l'Université de technologie de Delft et l'Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique appliquée, utilise des points quantiques pour les qubits. Ce sont de minuscules pièges constitués de semi-conducteurs qui abritent un seul électron. Les informations peuvent être codées dans les qubits en manipulant le spin des électrons, une propriété fondamentale des particules élémentaires.

La clé de la percée des deux groupess était principalement dû à une ingénierie minutieuse des qubits et des systèmes de contrôle. Mais le groupe QuTech a également utilisé un outil diagnostique développé par des chercheurs des Sandia National Laboratories pour déboguer et affiner leur système, tandis que l'équipe RIKEN a découvert que jusqu'àping la rapidité des opérations renforçait la fidélité.

Un troisième groupe du Université de Nouvelle-Galles du Sud a adopté une approche légèrement différente, en utilisant des atomes de phosphore intégrés dans un réseau de silicium comme qubits. Ces atomes peuvent conserver leur état quantique pendant des périodes extrêmement longues par rapport à la plupart des autres qubits, mais le compromis est qu’il est difficile de les faire interagir. La solution du groupe a été d’enchevêtrer deux de ces atomes de phosphore avec un électron, ce qui leur permet de communiquer entre eux.

Les trois groupes ont pu atteindre des fidélités supérieures à 99 pour cent pour les opérations à un qubit et à deux qubits, ce qui dépasse le seuil de correction d'erreur. Ils ont même réussi à effectuer quelques calculs de base de démonstration de principe à l’aide de leurs systèmes. Néanmoins, ils sont encore loin de créer un processeur quantique tolérant aux pannes à partir de silicium.

Réaliser des opérations de qubit haute fidélité est seulement UN des exigences pour une correction efficace des erreurs. L'autre consiste à disposer d'un grand nombre de qubits de rechange pouvant être dédiés à cette tâche, tandis que les autres se concentrent sur le problème posé au processeur.

En accompagnement analyse dans Nature Remarques, l’ajout de qubits supplémentaires à ces systèmes compliquera certainement les choses, et il sera difficile de maintenir les mêmes fidélités dans des systèmes plus grands. Trouver un chemins connecter des qubits à travers de grands systèmes sera également un défi.

Cependant, la promesse de pouvoir construire des ordinateurs quantiques compacts en utilisant les mêmesrue la technologie, comme le suggèrent les ordinateurs existants, ce sont des problèmes qui méritent d’être résolus.

Crédit image: UNSW/Tony Melov

Source : https://singularityhub.com/2022/01/21/silicon-quantum-computing-achieves-99-percent-accuracy-for-the-first-time/